平稳一维玻尔兹曼方程中的自由流项满足平衡分布函数,即: 等于零通过将与。
然而,离散化后: 平衡函数不再是我们离散方程的解(当然,通过细化网格,解越来越接近平衡分布函数)。
既然通过构造满足是我们离散化的一个非常重要的性质,您能否在这方面提出一个合适的离散化方案?
平稳一维玻尔兹曼方程中的自由流项满足平衡分布函数,即: 等于零通过将与。
然而,离散化后: 平衡函数不再是我们离散方程的解(当然,通过细化网格,解越来越接近平衡分布函数)。
既然通过构造满足是我们离散化的一个非常重要的性质,您能否在这方面提出一个合适的离散化方案?
这是一个有趣的问题,对于 PDE 给出的其他数学模型也以类似的形式出现。我对您的特定表述没有经验,但是我可以尝试通过针对类似问题的建议来启发您,或者给出一些总体上有用的评论。
了解为什么需要数值方案来为特殊函数生成精确解可能非常重要。我熟悉例如对所谓的密度驱动流动的这种要求,其中对于仅在重力方向上可变的给定密度的特殊形式,人们期望解决方案,这里是压力,是近似的(或精确使用),使得没有人为数值流是在精确流为零的地方创建的。另一个非常著名的案例是所谓的用于浅水问题的良好平衡数值方案,它在任意底部地形的静水情况下产生零数值流量。因此,了解您的案例的动机可能是有用的。
不过,这里有两个简短的建议。在密度驱动流动的情况下,存在所谓的一致速度近似来解决类似问题。这个想法是未知的解决方案(那里的压力)表示为两个函数的差异,其中一个是特殊变量密度的精确响应。
在您的情况下,可能不是求解 ,而是求解使得其中是您的平衡分布,应该为您的输入数据唯一定义。要获得的 PDE,请将插入 PDE。如果你的问题是那么你得到,并且,显然,解决方案是,如果您对双方使用相同的离散化(这是自然的)。
您要求的另一种解决方案是在数值近似的构造中进行特殊插值,但是如果函数可以具有一般形式,那么在您的情况下这看起来很复杂。这种程序成功的地方是例如一维静止对流-扩散方程的数值解,其中在恒定输入系数的情况下获得精确解的指数形式。受此启发,有人提出了一种使用指数分布假设的数值方案,用于两个网格点之间的数值解,这也适用于可变输入系数,并且作为“副产品”,它可以在恒定输入系数的情况下产生精确解。